《Science | 利用形状互补伪环结合和感知多种小分子》

  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-07-30
  • 2024年7月18日,华盛顿大学西雅图分校的研究人员在Science发表题为Binding and sensing diverse small molecules using shape-complementary pseudocycles的文章。

    该研究介绍了一种设计高亲和力小分子结合蛋白以实现下游传感的方法。研究人员使用深度学习生成的假环,其重复结构单元围绕着中心结合口袋,口袋的形状千差万别,取决于重复单元的几何形状和数量。研究人员将感兴趣的小分子与这些伪循环中形状最互补的部分对接,设计出具有高结合亲和力的相互作用表面,并通过实验筛选出具有最高亲和力的设计。

    该研究获得了四种不同分子的结合剂,包括极性灵活的甲氨蝶呤和甲状腺素。利用模块化重复结构和中心结合口袋的优势,研究人员构建了化学诱导二聚化系统和低噪声纳米孔传感器,方法是将设计分割成在添加配体后可重新组装的结构域。

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    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-02-03
    • 2024年2月2日,浙江大学基础医学院/医学院附属第四医院郭江涛团队、浙江大学医学院/良渚实验室徐浩新团队、中国科学院分子植物科学卓越创新中心范敏锐团队、浙江大学医学院附属第四医院/浙江大学“一带一路”国际医学院/浙江大学国际健康研究院苏楠楠团队合作在 Science 期刊发表了题为Structural basis for sugar perception by Drosophila gustatory receptors 的研究论文。该研究报道了甜味受体GR的高分辨率结构,并结合电生理、钙成像、分子动力学模拟等实验,揭示了糖分子激活果蝇甜味受体GR的分子机制。 研究团队首先利用电生理和钙成像技术系统研究了甜味受体GR43a和GR64a的功能,证明了GR43a和GR64a是糖分子直接激活的阳离子通道:GR43a可以被单糖果糖特异性激活,GR64a可以被二糖(蔗糖和麦芽糖)特异性激活。随后,研究团队利用单颗粒冷冻电镜技术解析了未结合糖分子(apo态)和结合糖分子的GR43a和GR64a的三维结构。GR43a和GR64a以同源四聚体形式存在,每个亚基包含7次跨膜螺旋(S1-S7):其中每个亚基的S1-S6组成配体结合结构域(LBD),参与配体的识别,四个亚基的S7b形成离子通透的中央孔道结构域(PD)。在结合糖分子的结构(GR43afructose、GR64asucrose和GR64amaltose)中,糖分子结合在GR的LBD,与周围氨基酸发生氢键和CH-π相互作用。GR43a通过狭窄的口袋识别果糖;该口袋既不能容纳二糖,也不能稳定容纳葡萄糖。相反,GR64a则用更大更平缓的口袋结合二糖;该口袋具有结构可塑性,可结合蔗糖和麦芽糖,但不能稳定结合单糖如葡萄糖和果糖。突变体的电生理和钙成像实验进一步证实了糖分子在GR43a和GR64a上的结合模式。 在apo态和结合糖分子的GR结构中,孔道结构域PD均处于关闭态。为了揭示糖分子结合引起GR通道PD开放的机制,研究团队解析了结合果糖的组成型激活突变体GR43a-I418A的结构(GR43aI418A-fructose),该结构中PD处于开放态。通过比较GR43aapo、GR43afructose和GR43aI418A-fructose三个结构,研究团队揭示了果糖激活GR43a的分子机制:果糖分子结合到GR43a的配体结合口袋,引起跨膜螺旋S5和S6朝向LBD中心移动;LBD的这种收缩移动通过S5和S7b氨基酸侧链之间的氢键和疏水相互作用传递到组成PD的S7b,导致S7b的弯曲;随着S7b弯曲,GR43a的中央孔道打开,细胞外的阳离子进入细胞内,从而产生电信号。 总的来说,该研究证明了甜味受体GR是糖分子激活的阳离子通道,解析了甜味受体GR43a和GR64a在未结合糖分子和结合糖分子(果糖、蔗糖和麦芽糖)的三维结构,明确了糖分子与甜味受体GR的结合模式,阐明了糖分子激活GR43a的分子机制。这是国际上首次报道昆虫味觉受体GR的结构。该工作将有助于指导开发新型害虫引诱剂或驱虫剂,用于防治害虫。除了味觉,GR及其相近的嗅觉受体OR蛋白还可以感受信息素、温度、光等多种化学和物理信号。因此,GR的这项工作打开了一扇大门,为进一步研究昆虫感知外界信号的分子机制打下了基础。
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    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-04-10
    • 2024年4月3日,美国普林斯顿大学Britt Adamson、Lance R. Parsons团队在Nature发表题为Improving prime editing with an endogenous small RNA-binding protein的文章。 在这项研究中,作者们开发了用于评估PE效率的报告系统,并通过全基因组规模的CRISPR干扰筛选(CRISPRi screening),发现了小RNA结合蛋白La(La protein)是PE效率的关键调控因子。 研究发现,La蛋白能够与pegRNA的3'端进行功能性相互作用(能够识别并结合到3'端的poly-U序列),并促进多种编辑策略下的PE效率提高,包括不同类型的碱基替换、插入和缺失。作者进一步开发了一种新的PE系统--PE7,它将La蛋白的RNA结合N端结构域融合到了PE系统中。PE7在使用表达pegRNA、工程化pegRNA(epegRNA)以及优化了La结合的合成pegRNA情况下均能提高编辑效率。 PE7编辑器在提高疾病相关基因位点的编辑效率方面表现出色,包括与镰状细胞病、朊病毒疾病、家族性高胆固醇血症等相关的基因。研究还探讨了PE7编辑器在原代人类细胞(如T细胞和造血干细胞)中的应用潜力,并证实了其在这些细胞类型中也能提高PE的效率。